ES2971472T3 - Method of manufacturing a cemented carbide or cermet body - Google Patents
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Abstract
Un método para fabricar un carburo cementado y/o cermet que comprende las etapas de: a) proporcionar un polvo que comprende carburo metálico y metal aglutinante y opcionalmente nitruro(s) metálico(s); b) mezclar la composición en polvo al vacío; c) añadir al menos un aglutinante orgánico a la composición en polvo; d) mezclar al menos un aglutinante orgánico con la composición en polvo al vacío y elevar la temperatura a una temperatura predeterminada y mantener la temperatura durante un tiempo predeterminado hasta que el aglutinante orgánico se haya derretido; e) someter la mezcla obtenida del paso d) a procesos de conformación y sinterización; en el que se añaden uno o más agentes dispersantes a la composición en polvo en la etapa a). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)A method for manufacturing a cemented carbide and/or cermet comprising the steps of: a) providing a powder comprising metal carbide and binder metal and optionally metal nitride(s); b) mixing the powder composition under vacuum; c) adding at least one organic binder to the powder composition; d) mixing at least one organic binder with the powder composition under vacuum and raising the temperature to a predetermined temperature and maintaining the temperature for a predetermined time until the organic binder has melted; e) subjecting the mixture obtained from step d) to shaping and sintering processes; wherein one or more dispersing agents are added to the powder composition in step a). (Automatic translation with Google Translate, no legal value)
Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
Método para fabricar un cuerpo de carburo cementado o cermet Method of manufacturing a cemented carbide or cermet body
Campo técnicoTechnical field
La presente invención se refiere a un nuevo método de fabricación de un carburo cementado y/o un cermet en el que el carburo cementado y/o el cermet tiene una microestructura con homogeneidad mejorada. The present invention relates to a new method of manufacturing a cemented carbide and/or a cermet in which the cemented carbide and/or the cermet has a microstructure with improved homogeneity.
Antecedentes de la invenciónBackground of the invention
El carburo cementado o el cermet se usa comúnmente para herramientas rotativas o de corte ya que tiene buenas propiedades de desgaste. Cemented carbide or cermet is commonly used for rotating or cutting tools as it has good wear properties.
Para lograr propiedades óptimas, la microestructura debe contener la menor cantidad posible de conglomerados o clusters de granos de metal duro agrandados, así como la menor cantidad posible de lagunas de aglutinante y, además, la menor porosidad posible. El documento de la patente EP 1724363 A1 describe la molienda en húmedo de una mezcla de polvos que contiene polvos constituyentes duros basados en carburos de Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo y/o W y más de 15% en peso de polvos de fase aglutinante de Co y/o Ni, así como agentes de prensado y secado por pulverización. Se añaden a la mezcla en polvo antes de la molienda 0,05-0,50% en peso de un aditivo formador de complejos y/o que aumenta/disminuye el pH, tal como trietanolamina, hidróxidos o ácidos, y un espesante en una cantidad de 0,01-0,10% en peso. To achieve optimal properties, the microstructure should contain as few conglomerates or clusters of enlarged carbide grains as possible, as well as as few binder gaps as possible and, furthermore, as little porosity as possible. Patent document EP 1724363 A1 describes the wet grinding of a powder mixture containing hard constituent powders based on carbides of Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo and/or W and more than 15 % by weight of Co and/or Ni binder phase powders, as well as pressing and spray drying agents. 0.05-0.50% by weight of a complex-forming and/or pH-increasing/decreasing additive, such as triethanolamine, hydroxides or acids, and a thickener are added to the powder mixture before grinding. amount of 0.01-0.10% by weight.
El documento de la patente US5922978 A describe un polvo prensable formado mediante un método que comprende mezclar, en agua esencialmente desoxigenada, un primer polvo seleccionado en el grupo que consiste en un carburo de metal de transición y un metal de transición con un componente adicional seleccionado en el grupo que consiste en un segundo polvo compuesto de un carburo de metal de transición, un metal de transición o mezclas de los mismos; un aglutinante orgánico y una combinación de los mismos y secar la mezcla mixta para formar el polvo prensable, en donde el segundo polvo es químicamente diferente al primer polvo. El polvo prensable puede entonces formarse en una pieza conformada y posteriormente densificarse en una pieza densificada, tal como un carburo de wolframio cementado y podría añadirse trietanolamina como inhibidor de la corrosión. Patent document US5922978 A describes a pressable powder formed by a method comprising mixing, in essentially deoxygenated water, a first powder selected from the group consisting of a transition metal carbide and a transition metal with an additional component selected in the group consisting of a second powder composed of a transition metal carbide, a transition metal or mixtures thereof; an organic binder and a combination thereof and drying the mixed mixture to form the pressable powder, wherein the second powder is chemically different from the first powder. The pressable powder can then be formed into a formed part and subsequently densified into a densified part, such as a cemented tungsten carbide, and triethanolamine could be added as a corrosion inhibitor.
El documento de la patente US6878182 B2 describe una suspensión de base de etanol-agua y que contiene carburo metálico y materias primas metálicas así como ácido esteárico y una baja concentración de polietilenimina (PEI). La concentración de PEI es del 0,01 al 1 % en peso respecto del peso de la materia prima. Patent document US6878182 B2 describes a suspension based on ethanol-water and containing metal carbide and metallic raw materials as well as stearic acid and a low concentration of polyethyleneimine (PEI). The concentration of PEI is 0.01 to 1% by weight with respect to the weight of the raw material.
El documento de la patente EP1153652 A1 describe un procedimiento para mezclar WC y Co con constituyentes adicionales adecuados para fabricar carburos cementados, con agua, etanol o mezclas de etanol y agua, y un dispersante de base de polietilenimina para lograr una suspensión bien dispersada adecuada para secado por pulverización. El método se caracteriza por añadir a la suspensión como dispersante entre un 0,1 y un 10% en peso, preferiblemente entre un 0,1 y un 1% en peso, de un polielectrolito de base de polietilenimina. Patent document EP1153652 A1 describes a process for mixing WC and Co with additional constituents suitable for manufacturing cemented carbides, with water, ethanol or mixtures of ethanol and water, and a polyethyleneimine-based dispersant to achieve a well-dispersed suspension suitable for spray drying. The method is characterized by adding to the suspension as a dispersant between 0.1 and 10% by weight, preferably between 0.1 and 1% by weight, of a polyethyleneimine-based polyelectrolyte.
El documento de la patente US 4.478.888 se dirige a un procedimiento para producir una mezcla de polvo de calidad de carburo para fabricar un carburo metálico cementado, en el que en este procedimiento se forma una mezcla de partículas de carburo metálico y cera a una temperatura por encima del punto de fusión de la cera. US Patent Document 4,478,888 is directed to a process for producing a mixture of carbide quality powder for manufacturing a cemented metal carbide, wherein in this process a mixture of metal carbide particles and wax is formed at a temperature above the melting point of wax.
El documento de la patente JP 2012052237 A describe un método para producir un carburo cementado que tiene una alta resistencia transversal con menos variación, y una herramienta rotativa del carburo cementado que tiene una excelente resistencia a la rotura incluso cuando se usa para perforación de diámetro pequeño o corte de gran avance. Patent document JP 2012052237 A describes a method of producing a cemented carbide that has high transverse strength with less variation, and a cemented carbide rotary tool that has excellent breakage resistance even when used for small diameter drilling. or high feed cutting.
El documento de la patente EP 2647731 A1 describe un método para producir un carburo cementado, en el que se utilizan ondas acústicas para lograr una mezcla homogénea de una mezcla de polvos. Patent document EP 2647731 A1 describes a method for producing a cemented carbide, in which acoustic waves are used to achieve a homogeneous mixing of a powder mixture.
El documento de la patente EP 0471 123 A1 se dirige a un proceso para preparar un artículo inorgánico mezclando un polvo inorgánico, agua y un dispersante en una suspensión, calentando la mezcla, mezclando a su vez la mezcla calentada con un aglutinante polimérico gelificable térmicamente a una temperatura por encima del punto de gelificación del polímero para formar una mezcla en suspensión y enfriar la mezcla antes de extruir artículos mediante extrusión de la mezcla. Patent document EP 0471 123 A1 is directed to a process for preparing an inorganic article by mixing an inorganic powder, water and a dispersant in a suspension, heating the mixture, in turn mixing the heated mixture with a thermally gelable polymeric binder. a temperature above the gelling point of the polymer to form a slurry mixture and cool the mixture before extruding articles by extruding the mixture.
El documento de la patente US 5.619.000 describe un método para producir un cuerpo sinterizado que comprende uno o más constituyentes duros y una fase aglutinante a base de cobalto, níquel y/o hierro mediante métodos pulvimetalúrgicos de molienda, prensado y sinterización de polvos. Patent document US 5,619,000 describes a method for producing a sintered body comprising one or more hard constituents and a binder phase based on cobalt, nickel and/or iron by powder metallurgy methods of grinding, pressing and sintering of powders.
El documento de la patente CN 101892409 A se dirige a un método para preparar una aleación dura de recubrimiento para molienda. El método comprende los siguientes pasos: agregar un polvo de cobalto metálico y un polvo de carburo de tantalio a un polvo de carburo de tantalio cuyo tamaño de partícula está entre 4 y 6 pm y la cantidad de carbono total está entre 6,08 y 6,13 por ciento para preparar una mezcla; realizar moldeo por compresión y sinterización al vacío de la mezcla para preparar un sustrato de aleación dura de alta intensidad y alta tenacidad que consta de 10 a 13 por ciento en peso de polvo de cobalto metálico, 1 a 3 por ciento en peso de polvo de carburo de tantalio y 84 a 89 por ciento en peso del polvo de carburo de wolframio; y realizar un tratamiento de mecanizado de rectificado y de redondeo innovador del sustrato de aleación dura y realizar un tratamiento de recubrimiento mediante deposición física en estado de vapor (PVD por sus siglas en inglés).de súper nitrógeno-titanio-aluminio-nitrógeno Patent document CN 101892409 A is directed to a method for preparing a hard coating alloy for grinding. The method comprises the following steps: adding a metallic cobalt powder and a tantalum carbide powder to a tantalum carbide powder whose particle size is between 4 and 6 pm and the amount of total carbon is between 6.08 and 6 .13 percent to prepare a mixture; perform compression molding and vacuum sintering of the mixture to prepare a high intensity and high toughness hard alloy substrate consisting of 10 to 13 weight percent cobalt metal powder, 1 to 3 weight percent cobalt metal powder tantalum carbide and 84 to 89 weight percent tungsten carbide powder; and carry out innovative grinding and rounding machining treatment of the hard alloy substrate and carry out super nitrogen-titanium-aluminum-nitrogen physical vapor deposition (PVD) coating treatment
En todas las descripciones mencionadas anteriormente, excepto en la última, los agentes dispersantes, tales como trietanolamina y/o polietilenimina, se añaden a una mezcla o suspensión húmeda. Los problemas con estos métodos son que la mezcla de los diferentes constituyentes será incompleta y, por lo tanto, los productos obtenidos no tendrán la microestructura homogénea deseada cuando se sintericen y, por lo tanto, no tendrán las propiedades deseadas. La presente invención resolverá o al menos reducirá los problemas mencionados anteriormente. In all of the above-mentioned descriptions except the last, dispersing agents, such as triethanolamine and/or polyethyleneimine, are added to a wet mixture or suspension. The problems with these methods are that the mixing of the different constituents will be incomplete and therefore the products obtained will not have the desired homogeneous microstructure when sintered and therefore will not have the desired properties. The present invention will solve or at least reduce the problems mentioned above.
ResumenSummary
En un aspecto, la presente invención describe un método para fabricar un carburo cementado y/o un cermet que comprende las etapas de: In one aspect, the present invention describes a method for manufacturing a cemented carbide and/or a cermet comprising the steps of:
a) proporcionar un polvo que comprende carburo(s) metálico(s) y metal(es) aglutinante(s) y opcionalmente nitruro(s) metálico(s); a) providing a powder comprising metal carbide(s) and binder metal(s) and optionally metal nitride(s);
b) mezclar la composición en polvo proporcionada en la etapa a) al vacío antes de b) mix the powder composition provided in step a) under vacuum before
c) añadir al menos un aglutinante orgánico a la composición en polvo; c) adding at least one organic binder to the powder composition;
d) mezclar el al menos un aglutinante orgánico con la composición en polvo al vacío y elevar la temperatura hasta una temperatura predeterminada y mantener la temperatura durante un tiempo predeterminado hasta que el aglutinante orgánico se haya fundido; d) mixing the at least one organic binder with the powder composition under vacuum and raising the temperature to a predetermined temperature and maintaining the temperature for a predetermined time until the organic binder has melted;
e) someter la mezcla obtenida en el paso d) a procesos de conformación y sinterización; e) subjecting the mixture obtained in step d) to shaping and sintering processes;
en el que se añaden uno o más agentes dispersantes a la composición en polvo en la etapa a) y en el que se añaden uno o más agentes de enfriamiento a la composición en polvo en la etapa b). wherein one or more dispersing agents are added to the powder composition in step a) and wherein one or more cooling agents are added to the powder composition in step b).
Por lo tanto, se añade al menos un agente dispersante a la mezcla de polvo seco en la primera etapa. Therefore, at least one dispersing agent is added to the dry powder mixture in the first stage.
En otro aspecto de la presente descripción, que no forma parte de la invención, se obtiene un cuerpo de carburo cementado o cermet de acuerdo con el método definido anteriormente o más adelante, en el que la microestructura del carburo cementado o del cermet no tiene conglomerados de granos de metal duro con un diámetro > 5 x el tamaño promedio de grano de metal duro. In another aspect of the present description, which is not part of the invention, a body of cemented carbide or cermet is obtained according to the method defined above or below, in which the microstructure of the cemented carbide or cermet does not have conglomerates. of carbide grains with a diameter > 5 x the average carbide grain size.
En otro aspecto, que no forma parte de la invención, se obtiene un cuerpo de carburo cementado o un cermet según el método definido aquí anteriormente o en lo sucesivo, cuerpo de carburo cementado o cermet que se usa para una cortadora rotativa o cualquier otra aplicación de desgaste. In another aspect, which is not part of the invention, a body of cemented carbide or a cermet is obtained according to the method defined herein above or hereinafter, body of cemented carbide or cermet that is used for a rotary cutter or any other application of wear.
El método descrito anteriormente o en lo sucesivo proporcionará una mezcla de polvo homogénea deseada que a su vez dará como resultado un producto (carburo cementado y/o cermet) con una microestructura más homogénea y por lo tanto con propiedades mejoradas, por ejemplo, mayor resistencia a la tracción, mayor dureza, mayor tenacidad frente a la fractura y/o mayor resistencia al desgaste. En consecuencia, esto dará como resultado una mejora en el rendimiento cuando se use el carburo cementado y/o el cermet para una cortadora rotativa o pieza de desgaste.Breve descripción de los dibujos.The method described above or hereinafter will provide a desired homogeneous powder mixture which in turn will result in a product (cemented carbide and/or cermet) with a more homogeneous microstructure and therefore with improved properties, for example, higher strength tensile, greater hardness, greater toughness against fracture and/or greater resistance to wear. Consequently, this will result in improved performance when cemented carbide and/or cermet is used for a rotary cutter or wear part.Brief Description of Drawings.
Figura 1: describe una micrografía óptica que muestra la microestructura del carburo cementado del ensayo 1 y que muestra un ejemplo de un conglomerado de metal duro. Figure 1: describes an optical micrograph showing the microstructure of the cemented carbide from test 1 and showing an example of a hard metal conglomerate.
Figura 2: describe una micrografía óptica que muestra la microestructura del carburo cementado del ensayo 1 y que muestra un ejemplo de lagunas aglutinantes. Figure 2: depicts an optical micrograph showing the microstructure of the cemented carbide from test 1 and showing an example of binding gaps.
Figura 3: describe una micrografía óptica que muestra la microestructura del carburo cementado del ensayo 3 Figura 4: describe una micrografía óptica que muestra la microestructura del carburo cementado del ensayo 8 Todas las micrografías ópticas se tomaron con un microscopio invertido Olymus PMG3-LSH-3. Figure 3: Describes an optical micrograph showing the microstructure of the cemented carbide from test 3 Figure 4: Describes an optical micrograph showing the microstructure of the cemented carbide from test 8 All optical micrographs were taken with an Olymus PMG3-LSH-3 inverted microscope .
Descripción detalladaDetailed description
La presente invención describe un método para fabricar un carburo cementado y/o un cermet que comprende las etapas de: The present invention describes a method for manufacturing a cemented carbide and/or a cermet that comprises the steps of:
a) proporcionar un polvo que comprende carburo(s) metálico(s) y metal(es) aglutinante(s) y opcionalmente nitruro(s) metálico(s); a) providing a powder comprising metal carbide(s) and binder metal(s) and optionally metal nitride(s);
b) mezclar la composición en polvo bajo vacío; b) mixing the powder composition under vacuum;
c) añadir al menos un aglutinante orgánico a la composición en polvo; c) adding at least one organic binder to the powder composition;
d) mezclar el al menos un aglutinante orgánico con la composición en polvo bajo vacío y elevar la temperatura hasta una temperatura predeterminada y mantener la temperatura durante un tiempo predeterminado hasta que el aglutinante orgánico se haya fundido; d) mixing the at least one organic binder with the powder composition under vacuum and raising the temperature to a predetermined temperature and maintaining the temperature for a predetermined time until the organic binder has melted;
someter la mezcla obtenida en el paso d) a procesos de conformación y sinterización; en el que se añaden uno o más agentes dispersantes a la composición en polvo en la etapa a) y en el que se añaden uno o más agentes refrigerantes a la composición en polvo en la etapa b). subjecting the mixture obtained in step d) to shaping and sintering processes; wherein one or more dispersing agents are added to the powder composition in step a) and wherein one or more cooling agents are added to the powder composition in step b).
El método, en un aspecto que no forma parte de la invención, comprende preferiblemente preparar una masa para usar en extrusión. En tal caso, el método comprende preferiblemente añadir disolventes orgánicos (monopropilenglicol (MPG) y/o ácido oleico) a la mezcla obtenida para lubricar la mezcla antes de la sinterización en la etapa e) anterior. The method, in an aspect that is not part of the invention, preferably comprises preparing a dough for use in extrusion. In such case, the method preferably comprises adding organic solvents (monopropylene glycol (MPG) and/or oleic acid) to the mixture obtained to lubricate the mixture before sintering in step e) above.
Además, según el presente método, el uno o los más agentes dispersantes se seleccionan entre trietanolamina (TEA) o polietilenimina (PEI) o una mezcla de los mismos. Furthermore, according to the present method, the one or more dispersing agents are selected from triethanolamine (TEA) or polyethyleneimine (PEI) or a mixture thereof.
Además, según el presente método tal como se define anteriormente o más adelante, el polvo proporcionado en la etapa a) comprende carburo(s) metálico(s) y metal(es) aglutinante(s) y nitruro(s) metálico(s). Furthermore, according to the present method as defined above or below, the powder provided in step a) comprises metal carbide(s) and binder metal(s) and metal nitride(s). .
Cuando se añade el al menos un aglutinante orgánico al proceso de producción de carburo cementado o cermet, es necesario un proceso de mezcla de dos pasos. Esto se debe a que si el polvo de carburo metálico, el polvo de nitruro metálico, el polvo metálico aglutinante y los aglutinantes orgánicos se mezclan juntos en un solo paso, el aglutinante orgánico se adherirá al polvo metálico aglutinante, lo que impedirá una mezcla eficiente y, en consecuencia, proporcionará un carburo cementado o cermet con una microestructura no homogénea. La homogeneidad deseada de la microestructura del carburo cementado o cermet se obtiene añadiendo uno o más agentes dispersantes a la composición en polvo, asegurando así que la composición esté bien mezclada antes de añadir al menos un aglutinante orgánico. La presente invención proporciona un método eficaz para obtener carburos cementados y/o cermets que tienen una mezcla homogénea a medida que se añaden uno o más agentes dispersantes a la primera etapa de mezclado (etapa a), en la que se mezclan en seco polvos de carburo(s) metálico(s) y meta(es) aglutinante(s) y opcionalmente nitruro(s) metálico(s). Por lo tanto, esta etapa de mezclado es una etapa de mezclado en seco que tiene un contenido de humedad menor o igual al 5% en peso (respecto de la composición total del polvo). La etapa de mezclado se define como en seco porque no se añaden cantidades significativas de agua y/o etanol y/o cualquier otro disolvente para producir una suspensión húmeda. El único líquido añadido en este paso es, si es necesario, una pequeña cantidad de líquido en forma de agente refrigerante. El agente refrigerante se selecciona entre agua, etanol y cualquier otro disolvente adecuado que se evaporaría fácilmente en las condiciones de mezcla. La temperatura en este primer paso de mezclado debe mantenerse por debajo de 50 °C para evitar la oxidación. La composición en polvo debe mantenerse lo más seca posible durante esta primera etapa de mezclado, por lo tanto, el contenido de humedad es menor o igual al 5% en peso. No se agrega agente refrigerante hasta que la temperatura comienza a subir por encima de 50°C y cuando la temperatura comienza a subir, la cantidad de agente refrigerante agregado debe ser la menor posible para mantener la mezcla en polvo lo más seca posible, es decir, con un contenido de humedad menor o igual al 5% en peso. Durante esta etapa, se añaden el uno o más agentes dispersantes. La adición de uno o más agentes dispersantes en esta etapa asegura que los polvos de carburo(s) metálico(s) y metal(es) aglutinante(s) y opcionalmente nitruro(s) metálico(s) se mezclen bien antes de añadir al menos un aglutinante orgánico en la segunda etapa de mezcla. When the at least one organic binder is added to the cemented carbide or cermet production process, a two-step mixing process is necessary. This is because if the metal carbide powder, metal nitride powder, metal binder powder and organic binders are mixed together in one step, the organic binder will adhere to the metal binder powder, preventing efficient mixing. and, consequently, will provide a cemented carbide or cermet with a non-homogeneous microstructure. The desired homogeneity of the microstructure of the cemented carbide or cermet is obtained by adding one or more dispersing agents to the powder composition, thus ensuring that the composition is well mixed before adding at least one organic binder. The present invention provides an effective method for obtaining cemented carbides and/or cermets that have a homogeneous mixture as one or more dispersing agents are added to the first mixing stage (stage a), in which powders of metal carbide(s) and metabinder(s) and optionally metal nitride(s). Therefore, this mixing step is a dry mixing step having a moisture content less than or equal to 5% by weight (relative to the total powder composition). The mixing step is defined as dry because no significant amounts of water and/or ethanol and/or any other solvent are added to produce a wet suspension. The only liquid added in this step is, if necessary, a small amount of liquid in the form of a cooling agent. The cooling agent is selected from water, ethanol and any other suitable solvent that would evaporate easily under the mixing conditions. The temperature in this first mixing step should be kept below 50°C to avoid oxidation. The powder composition must be kept as dry as possible during this first mixing stage, therefore the moisture content is less than or equal to 5% by weight. No cooling agent is added until the temperature begins to rise above 50°C and when the temperature begins to rise the amount of cooling agent added should be as little as possible to keep the powder mixture as dry as possible, i.e. , with a moisture content less than or equal to 5% by weight. During this step, the one or more dispersing agents are added. The addition of one or more dispersing agents at this stage ensures that the metal carbide(s) and metal binder(s) powders and optionally metal nitride(s) are mixed well before adding to the minus an organic binder in the second mixing stage.
El agente (uno) o más agentes dispersantes se selecciona entre trietanolamina (TEA), polietilenimina (PEI) o una mezcla de los mismos. La cantidad de agente dispersante es de 0,05 - 0,5% en peso respecto de la mezcla total de polvo. The agent (one) or more dispersing agents is selected from triethanolamine (TEA), polyethyleneimine (PEI) or a mixture thereof. The amount of dispersing agent is 0.05 - 0.5% by weight with respect to the total powder mixture.
Según el presente método, el carburo cementado comprende carburo(s) metálico(s) y/o nitruro(s) metálico(s) en el intervalo de 70 a 97% en peso y metal(es) aglutinante(s) en el intervalo de 3% en peso a 30% en peso (el % en peso es respeto al contenido total de carburo cementado). El(los) carburo(s) metálico(s) y/o el(los) nitruro(s) metálico(s) comprende(n) más de o igual a 70% en peso de carburo de wolframio y menos de o igual a 30% en peso de al menos otro carburo metálico y/o nitruro metálico seleccionado entre carburo de titanio, nitruro de titanio, carburo de tantalio, nitruro de tantalio, carburo de niobio y una mezcla de los mismos (el % en peso es respecto al contenido total de carburos metálicos y nitruros metálicos). According to the present method, the cemented carbide comprises metal carbide(s) and/or metal nitride(s) in the range of 70 to 97% by weight and binder metal(s) in the range from 3% by weight to 30% by weight (% by weight is relative to the total cemented carbide content). The metal carbide(s) and/or the metal nitride(s) comprise(s) more than or equal to 70% by weight of tungsten carbide and less than or equal to 30% by weight of at least another metal carbide and/or metal nitride selected from titanium carbide, titanium nitride, tantalum carbide, tantalum nitride, niobium carbide and a mixture thereof (the % by weight is with respect to the total content of metal carbides and metal nitrides).
Según el presente método, el cermet comprende carburo(s) metálico(s) y/o nitruro(s) metálico(s) en el intervalo de 70 a 97 % en peso y metal aglutinante en el intervalo de 3 % en peso a 30 % en peso (el % es respecto al contenido total del cermet). Además, el cermet comprende una combinación de uno o más carburos metálicos y/o nitruros metálicos seleccionados entre carburo de titanio, nitruro de titanio, carburo de wolframio, carburo de tantalio, carburo de niobio, carburo de vanadio, carburo de molibdeno, carburo de cromo y una mezcla de los mismos, con la proporción más alta basada en titanio, es decir, el titanio está en forma de carburo y/o nitruro y está en el intervalo de 30 a 60 % en peso (el % en peso se es respecto al contenido total de cermet). Además, el cermet no comprende ningún carburo de wolframio hexagonal libre. El cermet comprende carburo de wolframio sin ninguna estructura hexagonal libre en el intervalo del 10 al 20% en peso. El carburo de wolframio hexagonal tiene una estructura formada por una red hexagonal simple de átomos de wolframio colocados directamente uno sobre otro con los átomos de carbono llenando la mitad de los intersticios, lo que da tanto al wolframio como al carbono una estructura prismática trigonal regular. According to the present method, the cermet comprises metal carbide(s) and/or metal nitride(s) in the range of 70 to 97% by weight and binder metal in the range of 3% by weight to 30 % by weight (the % is with respect to the total content of the cermet). Furthermore, the cermet comprises a combination of one or more metal carbides and/or metal nitrides selected from titanium carbide, titanium nitride, tungsten carbide, tantalum carbide, niobium carbide, vanadium carbide, molybdenum carbide, chromium and a mixture thereof, with the highest proportion based on titanium, that is, the titanium is in the form of carbide and/or nitride and is in the range of 30 to 60% by weight (% by weight is regarding the total cermet content). Furthermore, the cermet does not comprise any free hexagonal tungsten carbide. The cermet comprises tungsten carbide without any free hexagonal structure in the range of 10 to 20% by weight. Hexagonal tungsten carbide has a structure made up of a simple hexagonal lattice of tungsten atoms placed directly on top of each other with the carbon atoms filling half of the interstices, giving both tungsten and carbon a regular trigonal prismatic structure.
El cermet y/o el carburo cementado también pueden comprender pequeñas cantidades, tales como menos de o igual al 3% en peso, de otros compuestos, por ejemplo, MoC, VC y/o C<3>C<2>. The cermet and/or cemented carbide may also comprise small amounts, such as less than or equal to 3% by weight, of other compounds, for example, MoC, VC and/or C<3>C<2>.
Según un aspecto de la invención, el o los metales aglutinantes se seleccionan entre cobalto, molibdeno, hierro, cromo o níquel y una mezcla de los mismos. According to one aspect of the invention, the binder metal(s) are selected from cobalt, molybdenum, iron, chromium or nickel and a mixture thereof.
Según el método definido anteriormente o posteriormente, se añaden opcionalmente uno o más disolventes orgánicos en la etapa d). According to the method defined above or below, one or more organic solvents are optionally added in step d).
El método tal como se define aquí anteriormente o más adelante, opcionalmente comprende que la mezcla obtenida en la etapa d) se seque después de la conformación y antes de la sinterización en el paso e). The method as defined herein above or below, optionally comprises that the mixture obtained in step d) is dried after shaping and before sintering in step e).
Según otro aspecto de la invención, la conformación se realiza mediante extrusión, operación de prensado o moldeo por inyección. According to another aspect of the invention, the shaping is carried out by extrusion, pressing operation or injection molding.
En la primera etapa de mezcla, el(los) carburo(s) metálico(s) y/o el(los) nitruro(s) metálico(s) se pueden seleccionar en el grupo que incluye carburo de wolframio, carburo de tántalo, carburo de niobio, carburo de titanio, nitruro de titanio, nitruro de tántalo, carburo de vanadio, carburo de molibdeno, carburo de cromo y mezclas de los mismos. El metal aglutinante es cualquiera entre un único metal aglutinante o una mezcla de dos o más metales o una aleación de dos o más metales y el metal aglutinante se selecciona entre cobalto, molibdeno, hierro, cromo o níquel. Sin embargo, qué carburos y/o nitruros se seleccionan y sus proporciones dependen de si el producto final será un carburo cementado o un cermet y de las propiedades finales deseadas del producto final. In the first mixing stage, the metal carbide(s) and/or the metal nitride(s) can be selected from the group including tungsten carbide, tantalum carbide, niobium carbide, titanium carbide, titanium nitride, tantalum nitride, vanadium carbide, molybdenum carbide, chromium carbide and mixtures thereof. The binder metal is any of a single binder metal or a mixture of two or more metals or an alloy of two or more metals and the binder metal is selected from cobalt, molybdenum, iron, chromium or nickel. However, which carbides and/or nitrides are selected and their proportions depend on whether the final product will be a cemented carbide or a cermet and the desired end properties of the final product.
Una vez que los componentes del primer paso de mezclado están bien mezclados, se añaden uno o más aglutinantes orgánicos. El al menos un aglutinante orgánico usado en el proceso como se define anteriormente o en lo sucesivo se selecciona entre polietilenglicol (PEG), metilcelulosa (MC), sistemas de ceras tales como cera de petróleo, cera vegetal o cera sintética, polivinilbutiral (PVB), alcohol polivinílico (PVA) y una mezcla de los mismos. El aglutinante orgánico también podría ser una mezcla del mismo aglutinante orgánico pero de diferentes tipos, por ejemplo, una mezcla de diferentes PVA, PEG o MC. Once the components from the first mixing step are well mixed, one or more organic binders are added. The at least one organic binder used in the process as defined above or hereinafter is selected from polyethylene glycol (PEG), methyl cellulose (MC), wax systems such as petroleum wax, vegetable wax or synthetic wax, polyvinyl butyral (PVB) , polyvinyl alcohol (PVA) and a mixture thereof. The organic binder could also be a mixture of the same organic binder but of different types, for example a mixture of different PVA, PEG or MC.
En este segundo paso, el proceso de mezclado continúa bajo vacío (para evitar aire atrapado en la mezcla) hasta que la temperatura alcanza aproximadamente 70 °C (o más dependiendo del aglutinante orgánico) para garantizar que los aglutinantes orgánicos se hayan fundido o estén completamente dispersados. Si se va a producir una masa, por ejemplo, si se va a formar carburo cementado o cermet usando un proceso de extrusión, entonces también se pueden agregar disolventes orgánicos húmedos adicionales como ácido oleico, monopropilenglicol o agua en la segunda etapa de mezclado. En este caso, sería necesaria una etapa de secado adicional después del conformado y antes de la sinterización. In this second step, the mixing process continues under vacuum (to avoid air trapped in the mixture) until the temperature reaches approximately 70 °C (or higher depending on the organic binder) to ensure that the organic binders have melted or are completely scattered. If a mass is to be produced, for example if cemented carbide or cermet is to be formed using an extrusion process, then additional wet organic solvents such as oleic acid, monopropylene glycol or water can also be added in the second mixing stage. In this case, an additional drying step would be necessary after forming and before sintering.
Según el presente método, la mezcla se puede realizar utilizando un mezclador planetario. Un mezclador planetario contiene palas que giran sobre sus propios ejes y al mismo tiempo sobre un eje común, lo que proporciona una mezcla completa en un corto período de tiempo. La ventaja de este tipo de mezclador es que, en comparación con el molino de bolas convencional comúnmente utilizado para mezclar polvos que se utilizarán para obtener carburos cementados y cermets, el tiempo de mezclado se reduce y no hay desgaste o erosión de las materias primas. También podrían usarse otros dispositivos de mezcla de alta velocidad, por ejemplo, un rotor de alta velocidad. According to the present method, mixing can be carried out using a planetary mixer. A planetary mixer contains blades that rotate on their own axes and at the same time on a common axis, providing complete mixing in a short period of time. The advantage of this type of mixer is that, compared to the conventional ball mill commonly used to mix powders to be used to obtain cemented carbides and cermets, the mixing time is reduced and there is no wear or erosion of the raw materials. Other high speed mixing devices could also be used, for example a high speed rotor.
En un aspecto, que no forma parte de la invención, el carburo cementado o cermet obtenido tiene una microestructura sin conglomerados de granos de metal con un diámetro > 5 x el tamaño promedio de grano de metal duro. Según el método definido anteriormente o más adelante, el carburo cementado y/o cermet que se obtiene de este modo tiene una microestructura que no comprende conglomerados de granos de metal duro agrandados con un diámetro superior a 5 x el tamaño medio de grano de metal duro y no superior a 0,5 cm por cm2. El tamaño medio de grano de metal duro se determina mediante el método de intersección lineal según la norma ISO 4499. Un conglomerado (“cluster”) se define como 5 o más granos ubicados uno al lado del otro. Se muestra un ejemplo en la figura 1. In one aspect, which is not part of the invention, the cemented carbide or cermet obtained has a microstructure without conglomerates of metal grains with a diameter > 5 x the average grain size of hard metal. According to the method defined above or below, the cemented carbide and/or cermet thus obtained has a microstructure that does not comprise conglomerates of enlarged carbide grains with a diameter greater than 5 x the average carbide grain size. and not greater than 0.5 cm per cm2. The average grain size of carbide is determined by the linear intersection method according to ISO 4499. A cluster is defined as 5 or more grains located side by side. An example is shown in Figure 1.
En otro aspecto, que no forma parte de la invención, la microestructura de carburo cementado o cermet no tiene lagunas de aglutinantes con un diámetro > 5 x el tamaño promedio de grano de metal duro. Además, según el método definido anteriormente o más adelante, el carburo cementado y/o cermet obtenido de este modo tiene una microestructura que no comprende lagunas aglutinantes con un diámetro mayor que 5 x el tamaño promedio de grano de metal duro y no más de 0,5 cm por cm.2. Una laguna de aglutinante se define como un área que consta únicamente de aglutinante sin granos de metal duro en esa región. Se muestra un ejemplo en la figura 2. In another aspect, which is not part of the invention, the cemented carbide or cermet microstructure does not have binder gaps with a diameter > 5 x the average hard metal grain size. Furthermore, according to the method defined above or below, the cemented carbide and/or cermet thus obtained has a microstructure that does not comprise binder gaps with a diameter greater than 5 x the average grain size of carbide and no more than 0 .5 cm by cm.2. A binder gap is defined as an area consisting solely of binder with no carbide grains in that region. An example is shown in Figure 2.
En otro aspecto, que no forma parte de la invención, la microestructura del carburo cementado o cermet tiene una porosidad tipo A de A00 o A02. Además, según el método definido anteriormente o en lo sucesivo, el cuerpo de carburo cementado y/o de cermet obtenido de este modo tiene una microestructura con una porosidad de tipo A de A00 o A02. La porosidad se mide según la norma ISO 4505. El tipo de porosidad se define como huecos de menos de 10 pm de diámetro. A00 corresponde a la ausencia total de cualquier volumen poroso y A02 significa un volumen máximo de poros tipo A del 0,02% del volumen total del material. In another aspect, which is not part of the invention, the microstructure of the cemented carbide or cermet has a type A porosity of A00 or A02. Furthermore, according to the method defined above or hereinafter, the cemented carbide and/or cermet body thus obtained has a microstructure with an A-type porosity of A00 or A02. Porosity is measured according to ISO 4505. The type of porosity is defined as voids less than 10 pm in diameter. A00 corresponds to the total absence of any pore volume and A02 means a maximum volume of type A pores of 0.02% of the total volume of the material.
En otro aspecto, que no forma parte de la invención, el carburo cementado o cermet se puede usar para una cortadora rotativa o cualquier otra aplicación de desgaste. El cuerpo de carburo cementado o cermet obtenido mediante el método definido anteriormente o en lo sucesivo puede usarse para fabricar una cortadora rotativa o cualquier otro objeto de desgaste, por ejemplo, brocas de minería o herramientas para perforar bidones. In another aspect, which is not part of the invention, the cemented carbide or cermet can be used for a rotary cutter or any other wear application. The cemented carbide or cermet body obtained by the method defined above or hereinafter can be used to manufacture a rotary cutter or any other wear object, for example, mining drill bits or drum drilling tools.
La presente invención se ilustra mejor mediante los siguientes ejemplos no limitantes. The present invention is best illustrated by the following non-limiting examples.
EjemplosExamples
La tabla 1 describe las diferentes composiciones utilizadas para mezclar carburo cementado WC-Co. Para todos estos ensayos, la mezcla se realizó en dos pasos utilizando un mezclador Eirich, modelo RO2VAC. En primer lugar, se mezclaron los polvos de carburo de wolframio (WC), cobalto (Co), carburo de cromo (C<3>C<2>) y carbono (C). En los ensayos 3 a 12, también se añadieron en este paso TEA y/o PEI. Los constituyentes se mezclaron haciendo funcionar el rotor a 270 rpm mientras se aplicaba vacío y luego se realizó el primer paso de mezcla durante 20 minutos a 4500 rpm. Se añadió agua destilada en una cantidad mínima para mantener una temperatura de 50°C cuando la temperatura del polvo comenzó a subir. Table 1 describes the different compositions used to mix WC-Co cemented carbide. For all these tests, mixing was carried out in two steps using an Eirich mixer, model RO2VAC. First, tungsten carbide (WC), cobalt (Co), chromium carbide (C<3>C<2>) and carbon (C) powders were mixed. In trials 3 to 12, TEA and/or PEI were also added in this step. The constituents were mixed by running the rotor at 270 rpm while vacuum was applied and then the first mixing step was performed for 20 min at 4500 rpm. Distilled water was added in a minimum amount to maintain a temperature of 50°C when the powder temperature began to rise.
En la segunda etapa de mezclado, se agregaron los constituyentes orgánicos secos (PEG) y se mezclaron a 1500 rpm bajo vacío hasta que la temperatura alcanzó aproximadamente 70 °C y todo el PEG se había fundido; esto necesitó aproximadamente 3 minutos. Para los ensayos 1 y 2, también se añadió TEA en este paso. Después también se añadieron los disolventes orgánicos, ácido oleico y/o monopropilenglicol (MPG) y se continuó mezclando de modo que se formó una masa. El mezclador se apagó cuando la velocidad del rotor disminuyó debido a la viscosidad del material. In the second mixing stage, the dry organic constituents (PEG) were added and mixed at 1500 rpm under vacuum until the temperature reached approximately 70 °C and all of the PEG had melted; this took approximately 3 minutes. For trials 1 and 2, TEA was also added in this step. Afterwards, the organic solvents, oleic acid and/or monopropylene glycol (MPG), were also added and mixing continued so that a mass was formed. The mixer was turned off when the rotor speed decreased due to the viscosity of the material.
Se tomaron muestras de los ensayos 1 a 12 antes de la adición de los aglutinantes orgánicos. Se añadió una pequeña cantidad de PEG 300 y las muestras se prensaron para formar compactos de 8x7x24 mm y luego se sinterizaron a 1450°C a 50 bar de presión. Las muestras sinterizadas se montaron en resina y se pulieron con arena de tamaño de grano 180 y luego de 220 pm. La porosidad de las muestras se examinó bajo un microscopio óptico y se evaluó según la norma iSo 4505. Samples were taken from tests 1 to 12 before the addition of the organic binders. A small amount of PEG 300 was added and the samples were pressed to form 8x7x24 mm compacts and then sintered at 1450°C at 50 bar pressure. The sintered samples were mounted in resin and polished with sand of grain size 180 and then 220 pm. The porosity of the samples was examined under an optical microscope and evaluated according to the ISO 4505 standard.
Como se puede observar en la tabla 1, la porosidad tipo A se redujo significativamente en los ensayos 3-12, en las que se añadió el agente dispersante en el primer paso de mezclado en comparación con los ensayos 1 y 2, donde el agente dispersante se agregó en el segundo paso de mezclado. As can be seen in Table 1, type A porosity was significantly reduced in tests 3-12, in which the dispersing agent was added in the first mixing step compared to tests 1 and 2, where the dispersing agent was added in the second mixing step.
Luego, las muestras se grabaron usando reactivo de Murakami durante 4 minutos y luego se examinaron nuevamente bajo un microscopio óptico para evaluar la homogeneidad de la microestructura. Los ensayos 1 y 2 produjeron cuerpos de carburo cementado con microestructuras que contenían grandes aglomerados de granos de metal duro agrandados y grandes lagunas de aglutinante. Por ejemplo, las figuras 1 y 2 muestran la microestructura del cuerpo de carburo cementado producido a partir del ensayo 1. La figura 1 muestra un aglomerado de granos que tiene un diámetro de tamaño de grano mayor de 5 veces el tamaño de grano promedio del metal duro. El aglomerado mide aproximadamente 14 pm de ancho en la sección más ancha. La Figura 2 muestra lagunas de aglutinante en la muestra, una con un diámetro de aproximadamente 3,4 pm y la otra con un diámetro de aproximadamente 4,1 pm, ambos excediendo en gran medida un diámetro de 5 x el tamaño promedio de grano de metal duro. The samples were then etched using Murakami reagent for 4 min and then examined again under an optical microscope to evaluate the homogeneity of the microstructure. Tests 1 and 2 produced cemented carbide bodies with microstructures containing large agglomerates of enlarged carbide grains and large binder gaps. For example, Figures 1 and 2 show the microstructure of the cemented carbide body produced from test 1. Figure 1 shows an agglomerate of grains having a grain size diameter greater than 5 times the average grain size of the metal. hard. The chipboard measures approximately 14 pm wide at the widest section. Figure 2 shows binder gaps in the sample, one with a diameter of approximately 3.4 pm and the other with a diameter of approximately 4.1 pm, both greatly exceeding a diameter of 5 x the average grain size of heavy metal.
Las Figuras 3 y 4 muestran ejemplos de la microestructura de cuerpos de carburo cementado de los ensayos 3 y 8 respectivamente. Se puede observar que las microestructuras tienen una buena uniformidad del tamaño de grano, sin conglomerados de granos de metal duro agrandados ni lagunas de aglutinante Figures 3 and 4 show examples of the microstructure of cemented carbide bodies from tests 3 and 8 respectively. It can be seen that the microstructures have good grain size uniformity, without conglomerates of enlarged carbide grains or binder gaps.
Claims (9)
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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